磁控溅射、反应溅射与中频溅射.ppt

反应溅射工艺参数 沉积速率 真空室气压 溅射电压 Deposition rate versus oxygen partial pressure for an iron target in an Ar-O2 mixture. 反应溅射工艺参数 沉积速率 真空室气压 溅射电压 反应溅射工艺参数 沉积速率 真空室气压 溅射电压 反应溅射工艺参数 沉积速率 真空室气压 溅射电压 反应溅射工艺参数 沉积速率 真空室气压 溅射电压 目录 磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 “积累电荷放电”——稳定工况 “靶中毒”——提高效率 弧光放电 1 高压击穿放电 2 微弧放电 3 极间放电 灭弧电源 “灭弧”供电 A2K(Action Arc Killing)电源 正脉冲平均电压 60~80 V 负脉冲平均电压 500~600 V 脉冲宽度比(放电/溅射) 1:4~1:8 频率 10 kHz 直流反应溅射缺陷 靶面“中毒”与打火 靶面上形成了绝缘性的化合物薄膜 绝缘膜上正电荷积累 绝缘膜被击穿 溅射空间出现高电流低电压的弧光放电 “打火” 镀膜过程不稳定和中断 打火 靶面局部熔化 喷射 薄膜缺陷增多 质量下降 靶面受损 使用寿命减少 阳极消失 成膜速率低 目录 磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数 中频溅射 孪生靶磁控溅射(TwinMag) 双靶磁控溅射(Dual Magnetron Sputtering) 中频溅射工作原理 优点： 双靶互为阴极、阳极 无阳极消失问题 无积累电荷问题 频率~40 kHz，部分覆盖化合物的靶面能正常溅射 采用气体反馈控制将工作区稳定在曲线拐点附近，比完全化合物靶材沉积速率高3~10倍 基片受离子轰击，有离子辅助镀膜作用 缺点：基片温度升高~100 oC 中频溅射电源 脉冲组合电源 目录 磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺控制 中频溅射工艺控制 控制反应气体的反馈输入 中频溅射工艺控制 反应气体闭环控制 脉冲送气控制 等离子体发射测量(PEM)控制 中频溅射工艺控制 等离子体发射测量(PEM)控制 反应气体闭环控制 脉冲送气控制 中频溅射工艺控制 反应气体闭环控制 利用恒流源的电压变化作为信号源，通过计算机处理，控制快速反应的馈入气体阀，来完成对反应溅射的闭环控制 等离子体发射测量(PEM)控制 脉冲送气控制 中频溅射工艺控制 脉冲送气控制 送入1.6s，切断1s，TiN沉积速率提高70% 脉冲送气提高沉积速率2~3倍，且以锯齿波形效果最好 等离子体发射测量(PEM)控制 反应气体闭环控制 复旦大学材料科学系 沈杰 磁控溅射、反应溅射与中频溅射——原理与应用 目录 磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数 目录 磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数 二极溅射缺点 成膜速率低 基片温度高 二极溅射电子作用 碰撞放电空间的气体粒子，产生维持和增强放电所需的电离(有利但较小) 到达阳极，撞击基片使之温度升高(不利但较大) 磁控溅射特点 高速 低温 磁控溅射特点 高速 如Al的成膜速率可达1μm/min，接近电子束蒸发，比二极溅射高一个数量级 低温 磁控溅射特点 高速 如Al的成膜速率可达1μm/min，接近电子束蒸发，比二极溅射高一个数量级 低温 同样条件下，二极溅射基片温升可达350~450℃，磁控溅射仅250℃ 磁控模式 利用垂直于靶面的电场与平行于靶面的磁场形成二次电子的捕集阱，电子运动方向受电磁场控制，沿着同时垂直于电场和磁场的方向漂移，电子在运动过程中不断与气体分子碰撞电离，直到二次电子能量耗尽。 二次电子运行路程大大增加，碰撞电离几率也大大增加，离子数目增加使溅射速率相应增加 到达基片以及阳极的二次电子能量几乎耗尽，基片温升明显下降 高速 低温 带电粒子在复合电磁场中的运动 电子在电场和磁场中受到的力 E×B 漂移 E=0，B为均匀磁场，电子沿磁力线以速度vE漂移，同时沿磁力线回旋运动 回旋频率 回旋半